電気冷蔵庫用圧縮機の振動解析
Analysis of
Vibrations
of theCompressors
for Refrigerators松
村
帝
男*
横
11+精*
Kimio Matsumura Akira Yokoyama
内
容
梗 概 近年家庭用電気冷蔵庫の普及とともに,騒音の問題がますます大きくとりあげられるようになった｡電気冷 蔵樺の応大の騒音源は∩三桁機であるが,これを収容している鋼板尊皇チャンバの振動特性が,騒音に大きな影響 をイJすることが予想さJtたので,その究明を行なった〔1.緒.
口 電気冷蔵蟻の騒音引如よ冷媒をj=仁舶村石広三させる什瀧機である｡その 騒音はバルブの開閉によって生ずる振動,街喋首,およびガス青, 電動機の電磁苗,潤椚仙による騒音,ピストンとシリンダの間げき のガス漏れ音,圧縮機の鮎動がチャンバに伝達されて生ずる斑音な ど,いくつかの原因によるものである｡. 本研究ほ圧縮機で発生した振動が固体音として圧縮機を収容する チャンバに伝達され,チャンバの音響,振動特性によってどのよう に外部に放射されるかを究明し,騒音低減の資料としたものである｡2.電気冷蔵庫および圧縮機の騒音,振動
供試冷蔵掩および圧縮機の仕様は第1表に示すとおりである｡冷 蔵庫の騒音は第1図に示すように前方1m,高さ0.5mにおける値 で表わし,その値は電淑周波数が50∼のとき26∼28ホン,60∼の とき27∼29ホン程度である｡供試冷蔵庫の騒音分析結果を舞2国 に示す｡騒音振動分析に用いた計器ほ舞2表の仕様のものである｡ 冷蔵庫の前方1mにおける騒音は,低周波域では電源周波数の整 数倍のところにピークを有するが,高周波域でほ%オクターブバン ドの小心周波数が1,600c/sおよび2,000c/sの部分のみにピークが 現わjlており,聴感補正を行なうと1,600c/sと2,000c/sの昔が全 体の騒音を支配していることがわかる｡ 圧縮機の内部構造を弟3図に示す｡これは第4図に示すようなチ ャンバに収容さjt,フランジ而を柄接して仝密閉となっている｡弟 第1表 供 試 冷蔵 躇 川 圧縮機仕様 項 仕 様 圧 縮 機 ■ 冷減庫 式力荘川止執 行 出×除横 磯径押 ダ 動ソ論凍 ¶ソ 形態 シ 理冷 形内冷 容 式川心l媒 MD-650B 65W 23￠×8mm O.597□18/b #150(500cc) R-60 55J R-12(0.13kg〕 第2衷 騒汗振動周波数分析器什嫌(BrtlelKjaer社拳法) 項 1￣11 仕 様 可聴用淡白勃分析 記録皇室荘 マ イ ク ロ ホソ 振励ピックアップ 8!け カ三 範 田 岬柵j器ノ朋友数叶別イ1三 鴨オクターブフィル 糊披数穿■■子度 ソデソサマイク 波数範凹 チタン酸バリウム 周波数範囲 * 日立製作所栃木工場 20へ一160 ホン 2∼35,000c/s上0.5dfi 40∼32,000c/s 30帆ウi 2% ホン 感度 5mV/〃bar 20､20,000c/s 感度 35∼70mV/g 5∼10,000c/s 5図に示すA∼Dの位躍の騒音を,冷媒適伝およびご空気迎転をH▲な って測定分析したのが第d囲および第7図である｡冷媒,空気運転 いずれの場介も1,600c/sを･ト心として1,250c/sと2,000c/sのレ ベルが大きくなっている｡ 圧縮機をチャンノミに収容しない∫担触の状態で逆転すると弟7図の 上方に示すスペクトルのようになり,1,000c/sから3,000c/sにわ たって比較的､ド上旦なレベルを右している｡また,圧縮機の空気運転 時の圧縮機各部の振動スペクトルは弟8図のようであり1,000c/s から2,000c/sの間にピークを有している｡舞7固からわかるよう イ♂α7の
講
読 力 ∬ 卿 ガ 〃 〃 ヘム苛て+｢ソ上G仰浪e伽 第1図 冷蔵樺の騒音測定位置(×印) 霞涙周波数 --イ〉-∫汐∼ -●･････--ざ♂∼ Jリ ノり♂ プ♂β し付♂ く〝♂ ヱβ♂β 古β♂♂ /β(材β J去j 波 数((ク々J 第2図 冷歳仲運転叫の騒音スペクトル 川り力1nl) 折3凶 圧 縮 機I勺 部 構 造724 昭和38年4月 第4図 チ ャ ン バ の 外 C
⑳
!月
l β声 ∈≡∃ 観 仰 〃 紺 日 β l1
β こ)-(距離ほすべて裏面より 3cln) 第5図 圧縮機の騒音測定位置(×印) へ笥)⇒ゾ上Qル潔e伽 〃 〃 〃 勿 ･･---●一月 ▼‖ズーーーβ 一一一0---ど ￣■‖△￣￣-･-β 立一 し招 /♂β 2β♂ 〟♂ /♂♂♂ Z〝♂ 仰 聯♂♂ 周 波 数(ケ古) (吐出圧力10kg/cm2G,吸込圧力0.5kg/cm2G) 第6図 圧縮機冷媒運転時の騒音スペクトル に圧縮機のチャンバl勺に収容すると1,600c/sの音が強調されるの ほチャンバの持つ者背振動的特性が大きく影響していると考えられ る｡ そこで本研究でほ,チャンノミに関して次のような項目の検討を行 なった｡ (1)チャンバの仮厚の効果 (2)チャンバの形状の効児 (3)チャンノミの固有振動数 (4)■チャンバの選者特性 (5)チャンバの音胃液衰特性 (6)旺紡機運転時のチャンバ表面の振動,騒音分伽 (7)圧縮機とチャンバとの支持方法3.チャンバの諸特性
3.】供 試 品 チャンバの形状および似厚がチャンバの講特性に及ぼす影響を調 べるため第3表に示す3種類の形状のものを,そ才tぞれ板厚を2.3 m札 3･2mm,4･5mnlに変えて製作した｡チャンバの村田はアル ミキルド(ホット)鋼板である｢､ 評 (m弓)上｢/上G仙恕弓仰 柑 甜 〟 ガ Ⅴ ′ ⊥ 仰 仰 仰 〃 甜 〃 〃 (笥)上｢/土色ル頒Q裔購 三入 日岡 圧縮棍産地 x一スヽ ＼ゞ-x ヽヽ/ X チャンハ､内tこ収容 .A .Aノ ■､･A▼ 第45巻 第4号 一-･････+一月 ---X---β 一--{トー仁 一=-△=一β -△･一 デ￣￣1-′′〝 ∠♂♂ J甘♂ /〝♂ ∠♂♂ク 古J仰 /〃勿卯 周 波 数 (ぢ々) (吐出圧力10kg/cm2G,吸込圧力Okg/cm2G) 第7図 旺縮機空気運転時の騒音スペクトル ー･･<-- シリンダ側面 ･･････+- ＼ツドカバーニ三ヨJ‡真幸歪
-X- フレーム ･-▲一 スチータ側面 一一か- 吐出哲 J〟 〝♂ ガ♂ J〝 /(ガ∠7 Z♂〝 丘♂〝 伺(抑 周 浪 数(幼) (吐拙圧力10kg/cm2G,吸込圧ノブOkg/cm2G) 第8図 旺縮煉空気運転時の各部の振動スペクトル 3.2 固有振動数 上述のような形状の復雑なチャンバの固有振動数を計算で求める ことほ困難なので,チャン/くを自由につるしてその腹部に衝撃を与 え,そのとき生ずる騒音をテープレコーダに録音し,これを反復再 生して分析を行ないそのピークから固有振動数を求めた｡測定結果 を弟4表に示す｡板厚が大きくなると固有振動数も高いほうに変化 する｡しかし,3種類の形状による固有振動数の変化ほわずかであ り,明りょうな差異はみられない｡また,板厚が薄いときはいくつ ものモードの振動が生じやすい｡ 3.3 音響減衰特性 固有振動数を測定したと同様に,チャソバをたたいて生ずる音響 の減衰を測定し,60dB減衰する時間を減衰時間として求めた｡そ の糸吉果を第5表に示す｡板厚が薄くなるほど減衰時間は大きくなる 陳向カミみられる｡Z形のチャソバほほかよりも減衰が良くない｡ 第3表 供試 チ ャ ン バ 仕様チャソノミ訳i
ふ た Ⅹ -126-ピストン掛こへこみがある｡ ステータ部の絞りが深い｡ ステ一夕掛こ＋印の絞りがある｡ ステ一夕部の絞りが深い｡ 11央に縦九句の絞りがある｡ 底 ビストソ部にわずかへこみがあ る｡下部のふくらみは小さい｡ スチータ部の絞りが浅い｡ 下部のふくらみは小さい｡ ステータ部の絞りが深い｡ ビストソ部の絞りが深い｡ 下封三のふくらみが大きい｡電
気
冷
蔵
庫
用圧
第4表 チャンバの固有振動数(単位kc/s) チャ 記監㌔l
ふ たr
底 Ⅹ 2.3 3.2 4.5 3 2 5 2 3 AT-Y 3 2 5 2 3一4 1.4 1.7 1.6 1.6 2.0 7 (U2.｡lO-91-31.72●0
2.0 2.5 2.5 2.5 2.2 3.3 2.0 2.9 2.5 1.2 1.6 1.2 1.5 1.5 1.9 2.2 2.8 2.0 1.8 第5表 チ17ソバの音響減衰時間(-?11位 秒)＼＼＼冬草(皿m)
記号 ＼12･3
3.2 】 4.5 Ⅹ Y Z…‡…§l…;…§
0.90 0.80 1.30 第6表 遮音効果から求めたチャンバの共振周波数 機 種 t 5 2 3 .4-3 2 nU O 爪U 5 3 5 4 4 2 た た た ふ ふ ふ 共 振 周 波 数 (c/s) 1650 2250 2300 3300 1420 2220 5 2 3 4 3 2 0 (U O 6 ▲uU 7 4 5 2 た た た ふ ふ ふ 1750 2380 2230 3250 1467 2250 3180 5 2 3 4 りJ 2 たた た ふ ふ ふ 3 0 0 0 0 4 ･4 ･4 3 2200 3200 1685 1890 1470 1800 2210 【.ヘリ 2 3 A-3 2 庶民底 0 0 0 0 8 6 6 2 1 1780 1860 2070 2600 1780 2070 2630 1780 2640 5 2 3 4 3 2 氏底底 0 0 ハU QO 6 0 7 2 1 2650 1780 2060 2630 1860 2630 Z 5 2 3 ･4 3 2 底底底 0 0 0 5 9 0 7 1 nU 2060 2600 1750 2070 2600 1740 2580 3.4 遮 音 特 性 スピーカボックスの前面にチャソパを取り付け,チャンパを透過 した音をマイクロホンで受け,チャンバの遮音効果を求めた｡400∼ 10,000c/sにおける遮音効果の周波数特性を測定した結果の一例を 第9図に示す｡このように測定したスペクトルから,チャソバの音 響透過の共振周波数を正確に求めた結果を第d表に示す｡ 音響の減衰ほ1,000c/s以下,4,000c/s以上でほ25∼30dBある が,1,000∼4,000c′/sの問では概して減衰ほ悪く,牛如こ共振周波数に おいては0∼10dB程度の減衰である｡この幌向は3種頸のチャソ バとも一致している｡チャンバの板厚が締くなると透過周波数は低 いほうに移行し,同時に減衰畳も小さくなっていることは前述の固 有振動数および音響減衰特性の結果と同一である｡ 3.5 チャンパの破厚,形状と圧縮棟騒音との関係 既述の板厚,形状の異なる9種煩のチャソバに同一圧縮機を組み 込んで冷媒運転を行ない騒音を測定した｡その結果は第10図のと おりである｡騒音は圧縮機のふたチャンバから前方1mの位置で測定した｡チャンバの板厚が蒔くなると騒音レベルは増すが,3.2tと
2.3tとではほとんど同一レベルを示している｡また,形状による差 異は明りょうでない｡ 弟11図にⅩ形チャンバを使用したときのチャンバ板厚による圧 縮機騒音スペクトルの変化を示す｡図において板厚が蒔くなるにつ れピークを示す周波数がチャソバの固有振動の場合と同様に縮
棟
の振
動
解
析
∧‖U n〃 っ∠ (ノJ -β 仰 〃 〃 一 (篭) 上｢ r 上 イ♂ -プ〃 -J♂ 妓厚4Jg ＼チャンバナシ 古庄スべクト 】チャン八を取 台圧スぺクト l qト￣￣￣￣￣ --ノー l一柑
甘 Jl l .｢ l 丁拙
J｢α7 /J加 ZβJ妙 丘〟♂ /β(フ仇7 版 し l ノ l ′l √ /■1 爪 lJ l J ll 几!l Jl し/ V ￣l † 〈∩ l/ 厚2Jと ∫∠汐 御 ∠♂〟 才J眈7 伺α汐 同波 敷 く%) (Ⅹ 形 底 チ ャ ン バ) 第9図 チャ ンバの遮音特性測定紙果 Jか ハ‖U 4 (∴芯) 上｢γ上榊頗諏
へ篭)上｢/上Q仙叫mQ即卜汀
〃 朋 ガ 〃 〃 の き の と 合 た 膿 ナ の一ル 付ル β / 2 J 〃 ∫ チャン八坂厚(〝仰) 第10図 チャン/ミ如厚,形状と圧縮機騒音の関係 /--くトーチヤン八坂厚4Jノ竹材---●-チャン八旗厚 よク〝仰 一一事ト････チャン八坂厚ZJ〝の 〟り ガ♂ J♂♂ 卿 Z♂β♂ .ケβ♂♂ 瑠♂α7 周 波 数(C々) (Ⅹ形チャンパ使用〕 第11図 チャンバ板厚と騒音スペクトル726 昭和38年4月 ふたチャン八倒 ♂β β∫
